(57)【要約】【課題】  光ファイバ、特に多数本の低屈折率領域がファイバの長手方向に延在配置されて成るダブルクラッド構造を有する光ファイバにおいて、第１クラッドの外周形状が円形等の規則性を有する構造であるために、ファイバに導入される光の一部がスキュー光線となってしまい、コアにおける励起光の吸収効率が、一定以上の向上をなされない。【解決手段】  光ファイバにおいて、多数の低屈折率領域例えば空孔のうち、少なくとも一部の横断面形状もしくは断面積を、必要に応じて互いに異なるものとする。例えば、ダブルクラッド構造を有する光ファイバにおいて、第２クラッドの最内周部に位置する多数の低屈折率領域の少なくとも一部の横断面形状もしくは断面積が互いに異なる、第２クラッドの最内周部に位置する多数の低屈折率領域の少なくとも一部のファイバ中心までの距離が互いに異なる、といった構造を有する構成とする。【選択図】        図１
2005121903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝播媒質内に、該光伝播媒質に比して低屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に多数本、延在配置されて成る光ファイバであって、
上記多数の低屈折率領域のうちの少なくとも一部の低屈折率領域の横断面の形状及び断面積の少なくとも一方が互いに異なる構成とされたことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
上記光伝播媒質が、利得媒体より成るコアを有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
上記光伝播媒質が、利得媒体より成るコアを有し、該コアの外周に第１クラッドを有し、その外周に上記多数の低屈折率領域から成る第２クラッドを有することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項４】
上記多数の低屈折率領域が、ファイバの横断面におけるファイバの中心に対して、互いに異なる距離を以って配されることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項５】
上記多数の低屈折率領域のうち、ファイバの横断面において第２クラッドの最内周部に位置する各低屈折率領域が、その少なくとも一部の低屈折率領域の横断面形状及び断面積の少なくとも一方が互いに異なる構成とされたことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項６】
上記多数の低屈折率領域のうち、ファイバの横断面において第２クラッドの最内周部に位置する各低屈折率領域の少なくとも一部が、互いにファイバ中心までの距離を互いに異にして成ることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項７】
上記低屈折率領域が、空孔であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項８】
光ファイバと、該光ファイバの光伝播媒質に導入されるレーザ光の光源とを有する光ファイバ装置であって、
上記光ファイバの光伝播媒質の周囲に、該光伝播媒質に比して低屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に多数本延在配置され、上記多数の低屈折率領域のうちの少なくとも一部の低屈折率領域の横断面の形状及び断面積の少なくとも一方が互いに異なる構成とされたことを特徴とする光ファイバ装置。
【請求項９】
上記光伝播媒質が、利得媒体より成るコアを有することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ装置。
【請求項１０】
上記光伝播媒質が、利得媒体より成るコアを有し、該コアの外周に第１クラッドを有し、その外周に上記多数の低屈折率領域から成る第２クラッドを有することを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ装置。
【請求項１１】
上記多数の低屈折率領域が、ファイバの横断面におけるファイバの中心に対して、互いに異なる距離を以って配されることを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ装置。
【請求項１２】
上記多数の低屈折率領域のうち、ファイバの横断面において第２クラッドの最内周部に位置する各低屈折率領域が、その少なくとも一部の低屈折率領域の横断面形状及び断面積の少なくとも一方が互いに異なる構成とされたことを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ装置。
【請求項１３】
上記多数の低屈折率領域のうち、ファイバの横断面において第２クラッドの最内周部に位置する各低屈折率領域の少なくとも一部が、互いにファイバ中心までの距離を互いに異にして成ることを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ装置。
【請求項１４】
上記低屈折率領域が、空孔であることを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝播媒質内に、光伝播媒質に比して低屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に多数本延在配置されて成る光ファイバと、この光ファイバを有する光ファイバ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所謂ダブルクラッド構造を有する光ファイバは、図５にその概略横断面図を示すように、コア６２と、第１クラッド６３と、第２クラッド６４とを有する。第２クラッド６４には、通常、第１クラッドを構成する光伝播媒質に比して低い屈折率を有する光伝播媒質が用いられる。
近年、このダブルクラッド構造を有する光ファイバの一種として、その第２クラッドが、第１クラッドと同様の光伝播媒質より成り、この媒質中に、低屈折率領域がファイバの長手方向に多数延在配置されて、実効屈折率が第１クラッドに比して低屈折率とされた構成による光ファイバの作製がなされるようになった。このダブルクラッド構造を有する光ファイバとしては、例えば図６に示すように、空孔５５を低屈折率領域とする、所謂ホーリーファイバがある。
【０００３】
通常、ホーリーファイバにおいては、低屈折率領域の横断面は、その形状や面積が均一なものとして形成され、更に、低屈折率領域はコアの周囲に、このコアから第１クラッドの厚みに相当する一定の距離を隔てて分布するように配されるのが一般的であり、必然的に第１クラッドの外周形状は円形に近づくことになる。
したがってこの場合、図７に示すように、コア５２の利得媒体を励起する目的で第１クラッドに導入される励起光の一部が、第１クラッド内でコアを通過することなく規則的に反射され、スキュー光線となってしまう。このため、コアにおける励起光の吸収効率の向上に制約が生じる。
【０００４】
これに対して、第１クラッドの横断面形状を例えば矩形等に形成することにより、より多くの励起光をコアに通過させる構造とした光ファイバが提案された（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−２７７６４７号公報、段落番号［００１２］及び［００１３］。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このように第１クラッドの横断面形状を変化させるためには、例えば第１クラッドに相当する光伝播媒質を先に形成し、矩形断面となるようカットしてから周囲に空孔形成用の材料を融着することによって最終的に一体とするといった作業を要するため、その製造が煩雑で、労力とコストを要する。
更に、ファイバに導入されるレーザ光等においては、そのビームスポットの形状が一般に円形であることから、ファイバ及びその第１クラッドの断面形状を矩形などに変化させることは、スキュー光線の減少及びコアにおける励起光の吸収効率の向上に対しては有効であっても、レーザ光の導入におけるロスを回避するためには、第１クラッドにビームスポットよりも大きな断面積を持たせることを必要とするため、同一サイズのビーム径に対応する光ファイバの製造に多くの材料を消費することになる。
また、一般に、ダブルクラッド構造を有する光ファイバにおいては第１クラッドの断面積とコアにおける励起光吸収効率とがトレードオフの関係にあるため、これによって吸収効率の向上が制限を受けてしまう。
【０００６】
本発明は、上述した光ファイバ及び光ファイバ装置における諸問題の解決を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光ファイバは、光伝播媒質内に、この光伝播媒質に比して低屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に多数本延在配置されて成る光ファイバであって、これら多数の低屈折率領域のうちの少なくとも一部の低屈折率領域の横断面形状及び断面積の少なくとも一方が互いに異なる構成とされたことを特徴とする。
【０００８】
そして、本発明による光ファイバは、上述の光伝播媒質が利得媒体より成るコアを有し得るものである。
また、本発明による光ファイバは、光伝播媒質が、利得媒体より成るコアを有し、コアの外周に第１クラッドを有し得るものであり、その外周に上記多数の低屈折率領域から成る第２クラッドを有し得るものである。
【０００９】
そして、本発明による光ファイバにおいては、多数の低屈折率領域のうち、ファイバの横断面において第２クラッドの最内周部に位置する各低屈折率領域が、その少なくとも一部の低屈折率領域の横断面形状及び断面積の少なくとも一方が互いに異なる構成とされ得る。
また、多数の低屈折率領域のうち、ファイバの横断面において第２クラッドの最内周部に位置する各低屈折率領域が、互いにファイバ中心までの距離を互いに異にして成る構成とされ得る。
【００１０】
そして、本発明による光ファイバにおいては、低屈折率領域は空孔であり得る。
【００１１】
本発明による光ファイバ装置は、光ファイバと、この光ファイバの光伝播媒質に導入されるレーザ光の光源とを有する光ファイバ装置であって、光ファイバの光伝播媒質内に、この光伝播媒質に比して低屈折率を有する低屈折率領域が、長手方向に多数本延在配置され、これら多数の低屈折率領域のうちの少なくとも一部の低屈折率領域の横断面の形状及び断面積の少なくとも一方が互いに異なる構成とされたことを特徴とする。
【００１２】
そして、本発明による光ファイバ装置においては、上述の光伝播媒質が利得媒体より成るコアを有し得るものである。
また、本発明による光ファイバ装置においては、光伝播媒質が、利得媒体より成るコアを有し、コアの外周に第１クラッドを有し得るものであり、その外周に上記多数の低屈折率領域から成る第２クラッドを有し得るものである。
【００１３】
そして、本発明による光ファイバ装置においては、多数の低屈折率領域のうち、ファイバの横断面において第２クラッドの最内周部に位置する各低屈折率領域が、その少なくとも一部の低屈折率領域の横断面形状及び断面積の少なくとも一方が互いに異なる構成とされ得る。
また、多数の低屈折率領域のうち、ファイバの横断面において第２クラッドの最内周部に位置する各低屈折率領域が、互いにファイバ中心までの距離を互いに異にして成る構成とされ得る。
【００１４】
そして、本発明による光ファイバ装置においては、上述の低屈折率領域は空孔であり得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による光ファイバにおいては、製造の際に、光伝播媒質内に多数の低屈折率領域例えば空孔を形成する作業を、光伝播媒質自体を形成する作業と同時に行うことができ、従来のように煩雑な作業を回避することができることから、その製造が簡易化され、この製造における労力及びコストの低減が図られるものである。
【００１６】
また、本発明による光ファイバにおいては、多数の低屈折率領域のうち少なくとも一部の横断面の形状及び断面積の少なくとも一方を、必要に応じて互いに異なるものとすることができる。
すなわち、例えばダブルクラッドファイバ構造を有する場合、第２クラッドの最内周部に位置する多数の低屈折率領域の少なくとも一部の横断面の形状もしくは断面積を互いに異なるものとし、それに加えて多数の低屈折率領域の少なくとも一部のファイバ中心までの距離を互いに異なるものとし得る。
したがって、第１クラッドにおけるスキュー光線の発生の回避もしくは低減が図られるものである。
【００１７】
さらに、本発明による光ファイバにおいては、第１クラッドの横断面が、第１クラッドを矩形等に形成した場合に比べて円に近い形状を有することから、ファイバに導入されるレーザ光のビームスポット形状とのギャップが低減されるとともに、材料及びコストの減少が図られるものである。
【００１８】
そして、本発明による光ファイバ装置においては、装置を構成する光ファイバが、レーザ光を導入するのに適した形状を維持し、かつ断面積の不要な増加を回避できることから、光ファイバのコアにおける励起光の吸収効率の向上、すなわち光ファイバ装置における励起光の利用効率の向上が図られるなど、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による光ファイバ及び光ファイバ装置の実施の形態例を、図面を参照して説明するが、本発明による光ファイバ及び光ファイバ装置は、この実施の形態例に限られるものではないことは言うまでもない。
〔光ファイバの実施の形態例〕
【００２０】
まず、本発明による光ファイバの実施の形態例について、図１〜図３を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明による光ファイバの一例の横断面を示す概略断面図である。
この例においては、光ファイバ１は、コア２と、コア２の周囲に配された第１クラッド３と、第１クラッド３の周囲に配された第２クラッド４を有し、第２クラッド４は、第１クラッド３と第２クラッド４との実効屈折率差を生じる目的で配される多数の低屈折率領域例えば空孔５および５ａを有する。
この実施の形態例においては、第２クラッド４における最内周部に位置する低屈折率領域５の一部の低屈折率領域５ａが、断面積を他の低屈折率領域５に比して大とされ、その結果ファイバ中心までの距離を小とされている。
これにより、第１クラッド３の外周形状が不規則なものとなり、したがって、スキュー光線の発生の回避もしくは低減が図られる。
【００２２】
図２は、本発明による光ファイバの一例の横断面を示す概略断面図である。
この例においては、光ファイバ１は、コア２と、コア２の周囲に配された第１クラッド３と、第１クラッド３の周囲に配された第２クラッド４を有し、第２クラッド４は、第１クラッド３と第２クラッド４との実効屈折率差を生じる目的で配される多数の低屈折率領域例えば空孔５および５ａを有する。
この実施の形態例においては、第１クラッド３の最外周部に低屈折率領域５ａを配することにより、実質的には第２クラッド４の最内周部に位置する低屈折率領域５の一部がその配置の変化をなされたことと同様の作用が生じ、この低屈折率領域５ａはファイバ中心までの距離を小とされ、必要に応じて断面積及び形状の変化がなされ得る。
これにより、第１クラッド３の外周形状が不規則なものとなり、したがって、スキュー光線の発生の回避もしくは低減が図られる。
【００２３】
図３は、本発明による光ファイバの一例の横断面を示す概略断面図である。
この例においては、光ファイバ１は、コア２と、コア２の周囲に配された第１クラッド３と、第１クラッド３の周囲に配された第２クラッド４を有し、第２クラッド４は、第１クラッド３と第２クラッド４との実効屈折率差を生じる目的で配される多数の低屈折率領域例えば空孔５および５ａを有する。
この実施の形態例においては、第２クラッド４における最内周部に位置する低屈折率領域５の一部の低屈折率領域５ａが、断面積を他の低屈折率領域５に比して大もしくは小とされ、その結果ファイバ中心までの距離の変化をなされている。
これにより、第１クラッド３の外周形状が不規則なものとなり、したがって、スキュー光線の発生の回避もしくは低減が図られる。
〔光ファイバ装置の実施の形態例〕
【００２４】
次に、本発明による光ファイバ装置の実施の形態例について、図４を参照して説明する。
光ファイバ装置２０１は、例えば図４にその概略構成図を示すように、光ファイバ１に、その励起用レーザ光源１０２からのレーザ光が、伝送用光ファイバ１０３を通じて、光学系１２１を介して光ファイバ１の一方の端部１１２に集光導入され、被増幅レーザ光源１１０から、例えば増幅がなされる低出力の信号光が、光学系１２２を通じて、光ファイバ１の他方の端部１１１に集光導入される。
【００２５】
励起用レーザ光源側の光学系１２１は、レンズ１０４ａ及び１０４ｂと、これら間に配置された、波長選択性ミラー１０５ａとを有する。
被増幅レーザ光源１１０側の光学系１２２は、レンズ１０４ａ及び１０４ｂと、これら間に配置された波長選択性ミラー１０５ｂと、リターンミラー１０７とを有する。
【００２６】
また、被増幅レーザ光源１１０と、光学系１２２の波長選択性ミラーとの間には、レンズ１０４ｃと、光アイソレータ１０９と、旋光子１０８とを有し、被増幅レーザ光源１１０からの被増幅レーザ光、例えば信号光を、レンズ１０４ｃ、光アイソレータ１０９、旋光子１０８を通じ、ミラー１０６ａによって光学系１２２の波長選択性ミラー１０５ｂによって波長選択されて反射され、レンズ１０４ｅによって集光されて、端部１１１から光ファイバ１に導入される。
【００２７】
光ファイバ１は、例えば図１に一例の概略断面図を示すように、コア２の外周に第１クラッド３と、その外周に第２クラッド４と、低屈折率領域５および５ａを有して成る。
【００２８】
励起用レーザ光源１０２から転送用光ファイバ１０３を通じて光学系１２１に導入されたレーザ光は、波長選択性ミラー１０５ａを透過してレンズ１０４ｂによって集光され、光ファイバ１の第１クラッド３に導入されて光ファイバ１のコア２に添加された希土類の励起がなされる。
この励起用レーザ光の、増幅ファイバ１の端部１１２から端部１１１まで通過する間で吸収されなかった余剰のレーザ光は、光学系１２２のリターンミラー１０７で反射されて再び光ファイバ１に導入され、有効に励起に寄与するようになされる。
【００２９】
一方、低出力の被増幅レーザ光源１１０からの被増幅レーザ光は、上述したように光学系１２２によって、集光されて、光ファイバ１の端部１１１から、コア２に導入される。このとき被増幅レーザ光の波長は、光ファイバ１のコア２に添加された希土類の誘導放出光の波長に合わされている。
そして、この被増幅レーザ光が、光ファイバ１を伝播していく過程において、第１クラッド３中の励起用レーザ光は、コア２に添加された希土類に吸収されてコア２に誘導放出光を誘起する。
一方、コア２を伝播する被増幅レーザは、その誘導放出光をピックアップしながら次第にその強度を増す、すなわち増幅が行われる。増幅されたレーザ光は、光ファイバ１の端部１１２から出射される。
この増幅された出力光は、レンズ１０４ｂを通じて波長選択性ミラー１０５ａ及びミラー１０６ｂによって反射されるため、励起用レーザ光源１０２に向かうことなく、出力光として導出される。
【００３０】
一般に長い光ファイバ１は、大出力の励起用レーザを用いれば、コア２での吸収量は大きくなり、より大きな増幅、すなわち大出力レーザ光が得られる。
具体的な光ファイバの例としては、コアに希土類ネオジウムイオン（Ｎｄ３＋）を添加した光ファイバを用いて、励起用レーザ光としては、約８００ｎｍの中心波長の半導体レーザ光を、被増幅レーザ光として中心波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザ光を用いると、中心波長１０６４ｎｍの増幅されたレーザ出力が得られる。
以上、一般的なファイバレーザの構成例を説明したが、この原理より励起用レーザ光源１０２からの励起光を光ファイバ１の端部１１１からから注入してもよい。また２つの励起用レーザ光源を用い、光ファイバ１の両端部１１１、１１２から注入する構成とすることもできる。
【００３１】
なお、本発明による光ファイバ及び光ファイバ装置は、この実施の形態例に限られるものではなく、種々の変更及び変形をなされ得ることは言うまでもない。
【００３２】
例えば、本発明における光ファイバのコアの形状は円形断面を有する形状に限られるものではなく、コア内部のみを伝播する光の偏波面保存のために、例えば楕円形断面を有する形状とすることもできる。
また、横断面の形状および断面積の少なくとも一方が異なる構成とされる、低屈折率領域のうちの少なくとも一部の低屈折率領域は、第２クラッドの最内周部あるいは第１クラッドの最外周部に配されるほか、必要に応じて第１クラッド及び第２クラッドの、より広い範囲に分布する構成とすることもできるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による光ファイバの、一例の概略横断面図である。
【図２】本発明による光ファイバの、一例の概略横断面図である。
【図３】本発明による光ファイバの、一例の概略横断面図である。
【図４】本発明による光ファイバ装置の、一例の概略構成図である。
【図５】ダブルクラッド構造を有する光ファイバの概略横断面図である。
【図６】従来の光ファイバの、一例の概略横断面図である。
【図７】従来の光ファイバにおけるスキュー光線の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・光ファイバ、２・・・コア、３・・・第１クラッド、４・・・第２クラッド、５・・・低屈折率領域、５ａ・・・低屈折率領域、５１・・・従来の光ファイバ、５２・・・コア、５３・・・第１クラッド、５４・・・第２クラッド、５５・・・低屈折率領域、６１・・・ダブルクラッド構造を有する光ファイバ、６２・・・コア、６３・・・第１クラッド、６４・・・第２クラッド、１０２・・・励起用レーザ光源、１０３・・・伝送用光ファイバ巻回保持装置１０４ａ・・・レンズ、１０４ｂ・・・レンズ、１０４ｃ・・・レンズ、１０４ｄ・・・レンズ、１０４ｅ・・・レンズ、１０５ａ・・・波長選択性ミラー、１０５ｂ・・・波長選択性ミラー、１０６ａ・・・ミラー、１０６ｂ・・・ミラー、１０７・・・リターンミラー、１０８・・・旋光子、１０９・・・光アイソレータ、１１０・・・被増幅レーザ光源、１１１・・・端部、１１２・・・端部、１２１・・・光学系、１２２・・・光学系、２０１・・・光ファイバ装置
【図１】
2005121903.tif 000003
【図２】
2005121903.tif 000004
【図３】
2005121903.tif 000005
【図４】
2005121903.tif 000006
【図５】
2005121903.tif 000007
【図６】
2005121903.tif 000008
【図７】
2005121903.tif 000009